城门山铜矿选矿厂2#系统1#输送粗砂泵改造

万德明

（江西铜业股份有限公司城门山铜矿，江西 九江 332199）

城门山铜矿选矿厂2#系统磨矿作业采用SAB流程，即“半自磨+球磨”流程，半自磨机﹑球磨机的排矿均由两台输送粗砂泵（一开一备）输送至各自旋流器组分级，旋流器溢流进入浮选流程，沉砂进入球磨机再磨循环。

近年来，随着流程的升级优化，实现了高产高效，处理量得到了较大的提升，选矿厂1#﹑2#系统原矿处理量由2015年的273万吨，增至2017年的292万吨并稳定至今。

其中2#系统原矿处理量由设计值5000t/d提高至6200t/d（部分时间达6800t/d），增幅超过24%。导致输送粗砂泵长时间处于高负荷状态下运行，现已出现过载跳停﹑电机相间绝缘损坏对地等诸多问题。为了解决此问题，对输送粗砂泵进行了优化改造，取得了良好效果。

1 改造方案

1.1 改造原因

（1）一段磨矿循环负荷增大超设计值，造成输送粗砂泵长期处于高负荷运行。

2#系统一段磨矿初步设计时，其循环负荷按300%计算。

据统计，截至2021年底2#系统一段磨矿循环负荷平均在600%左右，远大于设计指标，输送粗砂泵需输送矿浆量在1000～1400m³/h左右，而现行输送粗砂泵的矿浆输送量上限为1200m3/h，输送粗砂泵目前已经超负荷运转。为了降低一段磨矿循环负荷，2017年底城门山铜矿选矿厂开展了针对一段磨矿作业的优化调试工作，通过优化磨机钢球球径﹑钢球级配﹑充填率等措施，以期降低一段磨矿循环负荷，最终一段磨矿循环负荷下降至568.4%，但仍然达不到设计的300%的数值。具体情况见下表1。

（2）输送粗砂泵长期高负荷运行故障率高。城门山铜矿选矿厂设计之初选择了两台（1#﹑2#）300/250ST-AH型输送粗砂泵，1#泵﹑2#泵自投产以来都采用三相异步电机配合液力偶合器进行调速控制，其中2#泵于2015年改造为变频调速控制，具体参数如表2。

表2 1#、2#输送粗砂泵参数表

1.1.1 #输送粗砂泵使用情况

（1）目前1#输送粗砂泵运行时调速型液力偶合器转速维持在560～620rpm，此时的电机电流处在38～39.5A（额定电流为39.5A）。而输送粗砂泵输出物料达到1200m3/h﹑扬程为40m左右时，泵要求转速为630rpm，泵轴功率为270.73kW，加之液力偶合器﹑联轴器的传动效率损失，输送粗砂泵长期处于高负荷运转状态，容易引起驱动电机出现设备安全保护跳闸，设备故障率高。据统计，2016年至2017年9月份，1#输送粗砂泵共运行4905.43小时，共计跳闸99次，平均每运行24小时跳闸0.48次，具体情况见表3。

表3 1#输送粗砂泵运行情况统计

（2）输送粗砂泵每次跳闸处理时间约60分钟，这期间对工艺流程影响较大。一是磨矿浓度急速降低，磨矿细度逐渐出现过磨现象；二是浮选流程大幅波动，液面“沉槽”﹑矿浆碱度不稳﹑精选富集量不足等一系列问题随之而来，极大的影响了生产指标的稳定，造成精矿品位降低，精矿回收效果差。

1.1.2 #输送粗砂泵使用情况

（1）2#输送粗砂泵于2015年改造为变频调速控制后使用一直较稳定，运行转速在530～560rpm，电流在200A左右，同比用电单耗降低约10.7%。

（2）由于输送粗砂泵能力略显不足，导致与之配套的电机经常处于过电流运行状态，这对电气设备有较大损伤。

2#输送粗砂泵电机从投入使用至今已出现过2次电机内部线圈绝缘损坏，导致三相对地事件，2016年至2017年9月份期间也存在22次跳闸情况。根据表3﹑4可知，2016年至2017年9月份，2#输送粗砂泵共运行9371.97小时，占总运行时间的65.6%，比1#输送粗砂泵多运行4466.54小时，故障次数比1#输送粗砂泵少350%。

表4 2#输送粗砂泵运行情况统计

（3）1#﹑2#输送粗砂泵都因长期处于高转速运行状态，其叶轮与浆体的相对速度较高，叶轮及其它过流件磨损较快。其中1#﹑2#输送粗砂泵过流件使用寿命分别平均为1006.69小时（41.95天）﹑1001.93小时（41.75天）。

为了找到砂泵速度对过流件的影响，城门山铜矿选矿厂对1#系统和2#系统的输送粗砂泵进行了实践对比；发现1#系统输送粗砂泵（只有1台）变频调速控制改造后，该泵转速在430～470rpm，过流件使用寿命在2078.21小时（86.59天）。2#系统输送粗砂泵过流件使用寿命较1#系统短一倍以上，具体情况见表5。

表5 输送粗砂泵过流件使用情况统计

根据表5可知，2#系统输送粗砂泵每年需更换9套，因泵较大，每套更换耗时约6小时，年维修耗时54小时，增加了维修人员工作量。

1.2 改造方案

根据现状，为解决2#系统磨矿循环负荷对输送系统的影响，同时考虑到2#输送粗砂泵尽管能力弱显不足，但还可以满足基本需求，并接合改造成本因素，城门山铜矿选矿厂决定对1#输送粗砂泵进行改造，并制定了二种改造方案进行比较：

（1）方案1：保持原有1#输送粗砂泵不变，配置高于355KW功率的变频电机及其它辅助设施。

要满足扬程40m﹑流量1100～1400m³/h的矿浆输送，电机需要增加到400kw，此时泵运行时的转速为700rpm，轴功率为330.16kw，泵的效率为79.68%，已接近泵的最高效率点（泵最大效率为80%）。配置8极变频电机直联，电机转速约为750r/min。

（2）方案2：将1#输送粗砂泵换型，加大处理能力，配置相应变频电机调速控制及其它辅助设施。

将原1#输送粗砂泵改为300NS-NZJA-MR泵型，要满足1100～1400m³/h的矿浆输送流量﹑40m的扬程需求，保证运行的转速为460rpm左右，轴功率为356.07kw，泵的效率为73.88%，配置12极变频电机直联，电机转速约为500r/min，电机功率为450kw。

1.2.1 方案对比

改造成本对比。①方案1前期设备投入为：变频电机﹑油浸式变压器﹑变频成套控制柜﹑配电柜及其它辅助备件，预计费用为69.7万元；工程方面包括油浸式变压器平台﹑变频电机基座制作，变频电机﹑油浸式变压器﹑变频成套控制柜﹑配电柜安装接线等，预计费用15万元，改造总费用估算为84.7万元。②方案2前期设备投入为，泵总成﹑变频电机﹑油浸式变压器﹑变频成套控制柜﹑配电柜﹑DN400气动阀及其他辅助备件，预计费用为88.5万元；工程方面包括油浸式变压器平台﹑变频电机基座制作，变频电机﹑油浸式变压器﹑变频成套控制柜﹑配电柜安装接线，输送粗砂泵进浆管路改造等，预计费用15万元，改造总费用估算为103.5万元。③改造成本方案2比方案1预计高18.8万元。

1.2.2 性能对比

（1）方案1输送粗砂泵在处理一段磨矿循环负荷600%左右的工况条件时稍显不足，而方案2能更好满足一段磨矿循环负荷600%左右的工况条件，提供稳定的磨矿循环输送环境。

（2）方案2相比方案1叶轮直径更大，转速更低，在相同流量的情况下，矿浆在泵内的流速要低于高转速﹑叶轮直径小的泵，从而可以延长泵的使用寿命，特别是过流件的使用寿命。

1.2.3 运行成本对比

（1）方案2改造后的输送粗砂泵预计使用寿命为2100小时左右，按全年运行来计算，预计使用4套过流件；方案2过流件价格预计为7.8万元/套，估算过流件使用成本为31.2万元/年。

每更换一套过流件需要耗时6小时，全年更换4次，共耗时24小时。

（2）方案1改造后的输送粗砂泵使用寿命为720小时左右，按全年运行来计算，方案1预计使用12套过流件；方案1过流件价格预计为6万元/套，估算过流件使用成本72万元/年。

每更换一套过流件需要耗时6小时，全年更换12次，共耗时72小时。

（3）运行成本方案2比方案1少40.8万元/年，年维修次数少8次，耗时少48小时。

鉴于上述情况，城门山铜矿选矿厂选择了方案2，该方案虽然前期投入较大，但后期备件使用及维护费用低，具有适用范围广，设备运行稳定，综合效益高等优点。

1.3 设备改造选型

（1）根据现场工况，改造后的输送粗砂泵要满足扬程40m﹑流量1100～1500m3/h的矿浆输送量﹑泵转速不高于490rpm，根据泵的选型情况，配备450kW/690V﹑12级变频电机调速控制。

（2）根据1#输送粗砂泵的需求，配备450kW/690V﹑12级高效变频电机。同时需对电机提供一台800KVA﹑6/0.69KV﹑S13系列油浸式变压器以及配套变频柜。详细要求见表6。

表6 输送粗砂泵相应配件要求表

1.4 配套设施及改造工作量

（1）设备安装平面图。

（2）拆除1#输送粗砂泵﹑偶合器﹑电机及其它相关附属设施。

（3）在现有设备基础上进行设备基础改造。

（4）调整安装输送粗砂泵﹑电机，重新制作安装泵池连接管路，重新设计﹑制作出口衬胶大小头，恢复上浆管路及附属设施。

（5）变频柜安装在城门山铜矿选矿厂选二高压配电室低压室内，选二高压配电室门口东面现有变频器旁，制作一延伸钢结构平台安装新变压器。

（6）安装变压器及变频控制成套柜，重新敷设控制电缆，预留中控远程控制接口，可实现就地﹑远程均可调速功能。

（7）安装现场操作控制箱，敷设电源电缆及其他相关控制电缆，并将所有运行﹑控制信号引入中控系统。

图1 选矿厂设备安装平面图

2 改造效果

2018年改造完成后，通过近3年来的生产实践证明，解决了现场生产流程问题，满足了高产高效的生产需求，实际运行成本和预期一样，达到了改造效果。

3 结语

通过本次改造，解决了现场输送砂泵由于负荷重而频繁跳机中断生产情况。

同时，把液力调速改为变频调速，实现了远程集中控制，更加利于对设备进行全方位监控，减少了设备故障率。附带的好处是，过流件使用寿命的延长，即节约了成本又保证了生产长周期稳定运行。